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基于PID恒液位系统在污水处理的技术

发布于:2015-09-11 10:21:11 来自:环保工程/节能技术 [复制转发]
随着变频器、PLC及仪表技术的发展,在工业生产中液位控制系统得到广泛应用,尤其污水处理中不同时段来水的差异较大[1],各个工艺阶段一个重要环节就是污水池的液位控制。按照偏差的比例(Proportion)、积分(Integration )、微分(Differentiation)控制,简称PID控制,由于PID控制原理简单、抗扰动性强、易于实现、适用范围广等特点[2],特别是过程控制中,由于控制对象的数学模型难以建立情况下,常采用PID控制,并根据经验在线调整。基于PID调节利用变频器和PLC及仪表来实现恒液位的自动控制,不仅可以实现整个系统的准确性、稳定性、可靠性,减轻运行工人的劳动强度,降低生产运营的成本,而且减少提升水量的忽大忽小对污水处理工艺的冲击[3],为生产工艺的调控奠定良好基础。
  1 PID控制规律
  式中比例环节成比例反映PID控制系统的偏差信号e(t),PID调节器产生与系统偏差成比例的控制作用,增加控制的快速性,但对稳定性不利。积分环节的控制作用对消除稳态误差有利,Ti越小,积分速度越快,积分作用越强,反之越弱,但对系统稳定性不利,甚至有可能导致结果不稳定。微分环节的作用时反映偏差信号的变化率,能预见偏差信号的变化趋势,在系统中加一个早期的修正信号,加快系统的响应速度,减小超调量和超调时间。但如果Td数值挑选不当,控制系统的输入值会反复振荡,这导致系统可能无法达到预设值。控制系统的基本要求为稳定性、快速性和准确性,PID参数的调整对控制作用与系统稳定性的影响需综合衡量。
  2 恒液位系统控制要求
  污水处理恒液位控制系统需满足以下要求:(1)将液位计检测的水池液位值传输到PLC,PLC根据设定值,当液位大于设定值时,来提高变频器的频率,当频率提高到一定值仍无法满足要求,通过开工频泵使得液位降低;当液位小于设定值时,来降低变频器的频率,当频率降低到一定值仍无法满足要求,通过停泵使得液位升高。(2)根据污水池液位的设定值和液位的测量实际值进行PID调节;PLC通过模拟量输出来控制变频器的频率,从而控制变频泵的转速,以实现液位的基本恒定。(3)系统中变频泵由变频器控制,其他工频泵由电气软启动器控制。
  3 恒液位控制策略
  恒液位自动控制系统采用多种方式相互补充,操作方式为:自动控制、远程手动与现场手动。
  在水泵使用组合方面,变频器泵的控制方面,一台水泵由变频器控制,液位计将测量的液位值转换为4-20mA的电流信号,并送到EM231模拟量输入模块,PLC依据传来液位值的大小采用PID调节,由EM232模拟量输出模块输出一个0-20mA的电流信号到变频器,来控制变频器的输出频率,考虑到泵和扬程的要求,变频器的输出的最低工作频率为20Hz,最大频率为50Hz。
  其他工频泵的控制,水泵在自动控制的条件下,PLC会根据液位计传来测量值,首先靠控制变频器的频率20Hz~50Hz间输出来调节,当在这个频率范围无法满足要求时,要通过控制工频泵的开启与停止基础上,再通过调节变频器输出频率来满足要求,工频的泵的工作状态会通过DI口输入到PLC,并对工作时间进行计时,一旦工频泵过载或故障,PLC将切换到其他泵工作并报警。为了使延长工频泵寿命,使其工作时间基本一致,工频泵采取轮换工作的方式,泵的开启与停止依据PLC对泵工作时间的多少,开启时优先开启工作时间最短的工频泵,停止时优先停止工作时间最长的工频泵。
  4 恒液位自动控制系统的构建
  4.1 PLC的选择与扩展
  根据控制的需求及实际的数字量I/O点数、模拟量I/O点数,DP通信要求,PLC选用西门子S7-200系列,PLC的CPU为S7 226,扩展模块为EM221、EM222、EM231、EM232、EM277。
  4.2 S7-200硬件连接框图
  恒液位控制的硬件框图如图1所示,采用EM231模块做为模拟量的输入模块,将液位计输出的4-20mA电流信号转换为数字量输入到PLC,EM232模块做为模拟量的输出模块,将PLC数字量信号转换为0-20mA信号输入到变频器。EM221做为开关量输入、EM222做为开关量输出、EM277应用于DP通信。
  4.3 泵的控制模式
  泵的组合方式为:4台软启控制4台工频泵,软启为ABB PS S 105/181-500L,当软器启启动完后切换到有工频电直接对泵进行供电,1台变频器控制1台变频泵,变频器为ABB ACS510。对4台软启泵根据是否参与自动控制,可以对其进行设定。
  5 结束语
  该系统基于PID控制原理,应用西门子PLC的PID控制指令,对水池液位进行恒定控制,对控制系统进行分析,并设计了实际系统框架,对主要设备进行了选型,系统实际运行值和目标设定值很小,达到了预期目的,具有一定的实际应用参考价值。
这个家伙什么也没有留下。。。

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